Устройство принудительной коммутации тиристоров преобразователя Советский патент 1986 года по МПК H02M1/08 

током нагрузки в коммутирующем реак- форматор. Изобретение содержит втоторе 13, возвращается в источник питания 2 через коммутирующий транс1267550рой вариант устройства. 2 с.п.ф-лы. 5 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для принудительной коммутации тиристоров в регулируе 1ых выпрямителях и инверторах. Цель изобретения - повышение надежности. Устройство содержит тиристорный преобразователь 1 на коммутирующих тиристо- . рак 3-6, зарядных тиристорах 15 и 16, разрядных диодах 23 и 24, возвратных диодах 25 и 26, коммутирующих LC-цепях 9-14, коммутируюгцих трансформаторах 19 и 20, распределительных тиристорах 28 и 29, разделительных диодах 17 и 18, формирователя сигналов управления (ФСУ) 27. Введение коммутирующих тиристоров 5 и 6,.коммутирующей LC-депи 11 и 12, разделитель§ ного диода 17 и введение в ФСУ 27 усилителя-формирователя, одновибра(Л тора и элемента сравнения ИЛИ обеспечивает перевод тока нагрузки из цепи силового тиристора преобразователя 1 в коммутирующую LCцепь. Избыточная энергия, запасенная; to О) 01 ел 27 К 3,1,5.5,7,8 15,Г$,28,2Э iput.l

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для принудительной коммутации тиристоров в регулируемых выпрямителях и инверторах, а также в тяговых приводах электровозов переменного тока с асинхронными двигателями. Целью изобретения является повышение надежности путем упрощения средств вывода избыточной энергии коммутации. На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства принудительной коммутации, вариант; на фиг.2 - второй вариант; на фиг.З - диаграммы импуль сов управления, поясняющие работу устройства по первому варианту, а также кривые импульсов тока и напряжения на коммутирующих тиристорах; на фиг.4 - то же, по второму варианту; на фиг.З - функциональная схема одного из возможных вариантов формирователя сигналов управления по первому и второму вариантам. Устройство принудительной коммутации по первому варианту (фиг.1) подключено к общим шинам, соединяющим тиристорный преобразователь 1 с источником 2 питания, и содержит од нофазный мост коммутирующих тиристоров 3-6, два дополнительных коммутнрующих тиристора 7 и 8, три коммутирующие LC-цепи 9-14, два зарядных ти ристора 15 и 16, два разделительных диода 17 и 18, коммутирующий трансформатор с двумя первичными обмоткам 19 и 20, с двумя вторичными обмотками 21 и 22, два разрядных диода 23 и 24, два возвратных диода 25 и 26, формирователь 27 сигналов управления две группы, распределительных тиристо ров 28 и 29, два обратных диода 30 и 31. Аноды тиристоров 3, 5, 7 и 15 и катоды диодов 23, 26 и 31 подключе ны к положительной шине источника 2 питания. Катоды тиристоров 4, 6, 8 и 16 и аноды диодов 24, 25 и 30 подключены к отрицательной шине источника 2 питания. Одни концы LC-цепей 9-14 присоединены к общим точкам соединения коммутирующих тиристоров 3-8, другие концы подсоединяются к общим точкам соединения тиристора 15 и диода 17, диодов 17 и 18, диода 18 и тиристора. 16. Две первичные обмотки 19 и 20 коммутирующего трансформатора соединяются согласно-последовательно с двумя вторичными обмотками 21 и 22. Выводы первичных обмоток 19 и 20 присоединяются к аноду и катоду разделительных диодов 17 и 18. Общие точки соединения обмоток 19, 21 и 20, 22 присоединяются к аноду и катоду разрядных диодов 23 и 24. Концы вторичных обмоток 21 и 28 присоединяются к катоду и аноду возвратных диодов 25 и.26. Катоды распределительных тиристоров анодной группы 28 присоединяются к зажимам тиристорного преобразователя 1, аноды - к катоду разделительного диода 18. Аноды распредедительных тиристоров катодной группы 29 присоединяются к зажимам тиристорного преобразователя 1, катоды - к аноду разделительного диода 17. Выходы формирователя 27 сигналов управления подсоединяются к управляющим электродам 3-8, 15, 16, 28 и 29. Обратные диоды 30 и 31 подсоединяются своими выводами к общим точкам соединения коммутирующих тиристоров 3, 4, 7 и 8. Устройство принудительной коммутации по второму варианту (фиг.2) подключено к общим шинам, соединяющим тиристорный преобразователь 1 с источником 2 питания, и содержит . трехфазный мост коммутирующих тиристоров 3-8, три коммутирующие LC-цепи 9-14, два разрядных тиристора 15 и 16, два разделительных диода 17 и 18 коммутирующий трансформатор с двумя первичными обмотками 19и20,сдву-(Я вторичными обмотками 21 и 22, два разрядных диода 23 и 24, два возвратных диода 25 и 26, формирователь 5 27 сигналов управления, две группы распределительных тиристоров 28 и 29 мост обратных диодов 30-35, два тиристора 36 и 37. Аноды тиристоров 3, 5, 7, 15 и ка- to годы диодов 23, 26, 31, 32 и 33 тиристоров 4, 6, 8, 16 и аноды диодов 24, 25, 30, 34, 35 присоединяются к отрицательной шине источника 2 питания. Одни концы LC-цепей 9-14 включе- f5 ны в диагонали переменного тока трех фазных мостов коммутирующих тиристоров и зарядных диодов, другие концы через разделительные диоды 17 и 18 соединены между собой. Анод диода 17 соединяется с катодом первого зарядного тиристора 15, катод диода 18 - с анодом второго зарядного тиристора 16. Две первичны обмотки 19 и 20 коммутирующего тран сформатора соединяются согласно-последовательно с двумя вторичными обмотками 21 и 22. Выводы первичных обмоток 19 и 20 присоединяются к аноду и катоду тиристоров 15 и 16. Общие точки соединения обмоток 19, 21 и 20, 22, присоединяются к аноду и катоду разрядных диодов 23 и 24. Концы вторичных обмоток 21 и 22 присоединяются к катоду и аноду возвратных диодов 25 и 26. Катоды распределительных тиристоров анодной группы 28 присоединяются к зажимам тиристорного преобразователя 1, аноды - к аноду второго зарядного тиристора -16. Аноды распределительных тиристоров катодно группы 29 присоединяются к зажимам тиристорного преобразователя 1, катоды - к катоду первого зарядного .ти ристора 13. Выходы формирователя 27 сигналов управления подсоединяются к управляющим электродам тиристоров 3-8, 15 и 16. Общие точки соединения конденсаторов коммутирующих LC-цепей 9-12 и 13, 14 соединяются между собо через тиристоры 36 и 37. Устройство согласно первому варианту работает следующим образом. Предположим, что в начальный момент времени конден саторы 10, 12 и 14 заряжены полярностью напряжения, указанной на фиг.1. Согласно диаграмме управления фиг.З в момент i, включается тиристор 3 и конденсатор 10 начинает перезаряжаться по цепи: 10, 17, 18, 19, 23, 3, 9, 10. Напряжение первичной обмотки 19 коммутирующего трансформатора прикладывается через распределительный тиристор группы 28 к запираемому тиристору преобразователя 1 в обратном направлении на время, .необходимое для восстановления его запирающих свойств. Ток нагрузки переводится из цепи силового тиристора преобразователя 1 в коммутирующую LC-цепь 9, 10. В момент tj включается тиристор 5 и ток нагрузки из LCцепи 9, 10 переводится в LC-цепь 11, 12.При этом конденсатор 12 перезаряжается по цепи: 12, 18, 19, 23, 5, 11, 12. В момент 5 включается коммутирующий тиристор 7 и конденсатор 14 перезаряжается по цепи: 14, 19, 23, 7, 13, 14. Ток нагрузки из LC-цепи 11, 12, переводится в LC-цепь 13,14. В момент ig мгновенное значение тока конденсатора 14 становится меньше тока нагрузки и диод 23 запирается. Энергия, запасенная током нагрузки в коммутирующем реакторе 13, заканчивается током нагрузки в конденсатор 14 по цепи: 13, 17, 28, 7, 13. Таким образом, на интервале времени .j (фиг.З) напряжение на коммутирующем конденсаторе 14 становится вьше напряжения источника питания и г. В момент i начинается вывод избыточной энергии конденсатора 14 в источник 2 питания по цепи: 14, 13, 31, 2, 24, 20, 17, 18. Во вторичной обмотке 22 коммутирующего трансформатора наводится ЭДС взаимоиндукции, ток которой замыкается по цепи: 22, 26, 2, 24,22. Таким образом, часть избыточной энергии возвращается в источник 2 питания через коммутирующий трансформатор. На интервале времени ig-t ток конденсатора 14 спадает до нуля.. В момент ig подаются импульсы управления на включение тиристоров 3, 5, 7 и 16. Тиристоры 3, 5 и 16 включаются и происходит дозаряд конденсаторов 19 и 12 по цепи: 2, 3, 9, 10, 17, 18, 16, 2; 2, 5, 11, 12, 18, 16, 2. Тиристор 7 остается запертым, так как напряжение конденсатора 14 в момент ig вьппе напряжения источника пигтания Uj . В момент i,o заканчивается дозаряд коммутируюьцих конденсаторов. Конденсаторы 10 и 12 в колебательном режиме заряжаются до значения напряжения более высокого, чем U , и процесс коммутации заканчивается. Тиристоры 3 и 5 запираются под действием разности напряжений конденсаторов 10, 12 и источника U .и,ао и.-и. В момент t, „ включается коммутирующий тиристор 8 и конденсатор 14 разряжается по цепи: 14,13, 8, 24, 20, 17, 18, 14. Падение напряжения первичной обмотки 20 коммутирующего трансформатора через распределительный тиристор группы 29 прикладывается к запираемому тиристору преобразователя 1 в обратном направлении. В момент i,, включается тиристор 6 и конденсатор 12 перезаряжается по цепи: 12,- 11, 6, 24, 20, 17, 12. Ток нагрузки на интервале времени t,-i,3 переводится из LC-цепи 13,14 в ЬС-цепь 11, 12. В момент i ,4 открывается тиристор 3 и ток нагрузки переводится из LC-цепи 11, 12 в LCцепь 9, 10. Конденсатор 10 перезаряжается по цепи: 10, 9, 4, 24, 20, 10 В момент Ь|6 мгновенное значение тока конденсатора 10 становится меньше тока нагрузки и диод 24 запирается. Энергия, запасенная током нагрузки в коммутирующем реакторе 9,заканчивается током нагрузки в конденсатор 10 по цепи: 9, 4, 1, 29, 10, 9 Таким образом, на интервале времени п (Фиг.З) напряжение на коммутирующем конденсаторе 10 становится вьше напряжения источника питанияUo В момент начинается вывод избыточной энергии конденсатора 10 в источник 2 питания по цепи: 10, 17, 18, 19, 23, 3, 9, 10. Во вторичной обмотке 21 коммутирующего трансформа тора наводится ЭДС взаимоиндукции, ток которой замыкается по цепи: 21, 23, 2, 25, 21, и часть избыточной энергии конденсатора возвращается ,в источник 2 питания через комн;|гтируюший трансформатор. На интервале времени tja-it) ток конденсатора 10 спадает до нуля. В момент i,g осуществляется дозаряд коммутирующих конденсаторов по цепям: 2, 15, 10, 9, 4, 2; 2, 15. 17, 12, 11, 6, 2,; 2, 15, 17, 18, 14, 13, 8, 2. Далее процесс коммутации заканчивается. Устройство по второму варианту раотает следующим образом. , Предположим, что в начальный моент времени конденсаторы 10, 12 и 4 заряжены полярностью напряжения, казанной на фиг.2. Согласно диагамме управления фиг.4 в момент t, ключается тиристор 3 и конденсатор 10 начинает перезаряжаться по цепи: 10, 17, 18, 19, 23, 3 9, 10. Напряжение первичной обмотки коммутирующего трансформатора 19 прикладывается через распределительный тиристор группы 28 к запираемому тиристору преобразователя 1 в обратном направлении и ток нагрузки переводится из цепи силового тиристора преобразователя 1 в коммутирующую LC-цепь 9, 10. В момент ij включается коммутирующий тиристор 5 и ток нагрузки переводится из LC-цепи 9, 10 в LC-цепь 11, 12 и замыкается по цепи: 12, 18, 19, 23, 5, 11, 12. В момент i включается коммутирующий тиристор 7 и ток нагрузки из LC-цепи 11, 12 переводится в LC-цепь 13, 14. Ток конденсатора 14 замыкается по цепи: 14, 19, 23, 7, 13, 14. В момент t мгновенное значение тока конденсатора 14 становится меньше тока нагрузки и открываются тиристоры 36 и 37. Энергия, запасенная током нагрузки в коммутирующем реакторе 13, заканчивается током нагрузки в конденсаторы 10, 12, 14 по цепям: 13, 14, 28, 1, 7, 13; 13, 37, 12, 18, 28, 1, 7, 13; 13, 37, 36, 10, 17, 18, 28, 1, 7, 13. В моментi ток в реакторе 13 спадает до нуля и коммутирующий тиристор 7 запирается напряжением противоположной полярности конденсатора 14. На интервале времени tу -tg коммутирующие конденсаторы 10, 12, 14 заряжаются до напряжения более высокого, чем напряжение источника питания, Поэтому на интервале времени tg - tg избыточная энергия конденсаторов выводится в источник 2 питания по цепям: 14, 13, 31, 2, 24, 20, 17, 18, 14; 12, 11, 33, 2, 24, 20, 17, 125 Ю 9, 32, 2, 24, 20, 10. В момент t подаются управляющие импульсы на тиристоры 3, 5, 7, 16 для осуществления дозаряда коммутируняцих конденсаторов по цепям:, источник 2 питания,3, 9, 10, 17,18, 16, источник 2; источник 2, 5, 11, 12, 18, 16, источник 2; источник 2, 7, 13. 14, 16 источник 2. 7 Однако в момент i согласно фиг.4 напряжение на конденсаторах выше нап ряжения источника 2 питания, поэтому тиристоры 3, 5, 7 не открываются и дозарядка не происходит. В момент ig ток в диодах обратного моста спадает до нуля и процесс коммутации заканчивается. В момент i начинаетс очередная коммутация тиристоров преобразователя и при этом меняется очередность включения LC-цепей. В момент i включается коммутирую щий тиристор 8 и конденсатор 14 разряжается по цепи: 14, 13, 8, 24, 20, 17., 18, 14. Падение напряжения первичной обмотки 20 коммутирующего трансформатора через распределительный тиристор группы 29 прикладываетс к запираемому тиристору преобразователя 1 в обратном направлении. В момент (О включается тиристор b и кон денсатор 12 перезаряжается по цепи: 12, 11, 6, 24, 20, 17, 12. В момент Ь,, включается тиристор 4 и конденсатор 10 перезаряжается по цепи: 10, 9, 4, 24, 20, 10. В момент i откры ваются тиристоры 36, 27 и избыточная энергия, запасенная током нагрузки в реакторе 9, заканчивается в конденсаторы 10, 12, 14 по цепям: реактор 9, 4, преобразователь 1, 29, 10;реактор 9; реактор 9, 4, 1, 29, 17, 12, 36, 9; реактор 9, 4, 1, 29, 17, 18, 14, 37, 36, 9. В момент i токи в конденсаторах 10, 12, 14 и в реакторе 9 спадают до нуля и начинается вывод избыточной энергии коммутации из коммутирующих конденсаторов в источник питания по цепям: конденсатор 10 17, 18, 19, 23, 2, 30, 9, 10; 12, 18 19,. 23, 2, 34, 11, 12; 14, 19, 23, 2 35, 13, 14. Во вторичных обмотках 22 и 21 Коммутирующего трансформатора наводятся ЭДС, токи которых замыкаются по цепям: 21, 23, 2, 25, 21;.22 26, 2, 24, 22. Таким образом, часть избыточной энергии коммутации выводится в источник 2 питания через ком мутирующий трансформатор. Далее процессы коммутации повторяются аналогично. Система формирования сигналов управления устройств принудительной коммутации по-первому и второму вариантам (фиг.5) состоит из регулятора 38 частоты и распределителя 39 импульсов управления, выполненного в виде двух каналов управления, на 550 логических элементах. Каждый канал распределителя импульсов состоит из усилителей-формирователей 40-47, одновибраторов 48-51, логических элементов сравнения ИЛИ 52-55. Выходы регулятора 38 соединяются с входами усилителей-формирователей 40, выходы которых в первом и втором канале управления соединяются с входами одновибраторов 48-51. Выходы одновибраторов соединяются с входами усилителей-формирователей 41-44, выходные сигналы которых подаются на входы логических элементов сравнения ИЛИ 52-55. С выходов элементов логического сравнения сигналы управления поступают на управляющие выводы тиристоров 3, 5, 7 и 16 в первом канале управления и на управ20 ляющие выводы тиристоров 4, 6, 8 и 15 во втором канале управления. Устройство формирования сигналов управления согласно диаграмме импульсов управления фиг.5, по первому и второму каналам работав следующим образом. На вход регулятора 38 частоты подае ; ся сигнал U f задания по выходной частоте. С выхода 38 формируются два сигнала + U,, и -Уд. Согласно диаграмме управляющих импульсов фиг.5 по заднему фронту сигналов +Uft, -(JA формирователь 40 импульсов формирует импульс, который поступает на входы 48-52. Одновибраторы по переднему фронту импульса 40 формируют импульсы различной длительности, равные интервалам времени i, t, i, l, i;,-t5,t, t. По задним фронтам этих импульсов формирователи41, 42, 43, 44 импульсов формируют импульсы, длительностью равные сигналам управления, которые поступают на входы логических элементов сравнения и с их выходов на управляющие выводы тиристоров. По второму каналу управления устройство работает аналогично. Формула изобретения 1. Устройство принудительной коммутации тиристоров преобразователя, содержащее источник питания, к выходным шинам которого подключены соответствующие выводы постоянного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров, соответствующие выводы 912 дпух зарядных тиристоров, двух зарядных диодов, двух возвратных диодов, два обратных диода, включенных встречно-параллельно к соответствующим тиристорам указанного однофазного моста, две коммутирующие LC-цепи, подсоединенные одними выводами к выводам переменного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров и другими выводами - к катоду первого и аноду второго зарядных тирист оров, разделительньй диод, подключенный катодом к аноду второго зарядного тиристора, коммутирующий трансформатор, одни выводы первичных обмоток которого соединены с катодом первого и анодом второго зарядных тиристоров, а другие их выводы - с соответствующими выводами вторичных обмоток, подключенных к анодам и катодам разрядных 20

и возвратных диодов, а также анодную и катодную группы распределительных тиристоров, подключенных анодами к аноду второго зарядного тиристора, катодами - к катоду первого зарядного тиристора, причем другие аноды и катоды служат для подключения к соответствуют(им зажимам тиристорного преобразователя, формирователь сиг налов управления, состоящий из регулятора частоты и двухканального распределителя импульсов управления, подсоединенного своими выходами к управляющим электродам коммутирующих .и зарядных тиристоров, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения средств вывода избыточной энергии коммутации оно снабжено двумя дополнительными

элемент сравнения ИЛИ, а управляющие электроды дополнительно введенных коммутирующих тиристоров подсоединены в каждом канале к выходам элементов сравнения ИЛИ.

диода, включенных встречно-параллельно к соответствующим коммутирующим тиристорам, два тиристора, подсоединенные катодами и анодами к соответст .вующим общим точкам соединения коммутирующих конденсаторов и реакторов LC-цепей, а их управляющие электроды подсоединены к соответствующим выходам формирователя сигналов управления. 0 согласно-последовательно соединенными между собой коммутирующими тиристорами, подсоединенными своими анодом и катодом к шинам источника питания, дополнительным разделительным диодом, подсоединенным анодом к катоду первого зарядного тиристора, катодом к аноду разделительного диода, коммутируюп;ей LC-цепью, подсоединенной одним выводом к общей точке соединения дополнительных коммутирующих тиристоров и другим выводом - .к катоду дополнительного разделительного диода, а их управляющие электроды подсоединены к соответствующим выходам формирователя сигналов управления, причем в каждый канал распределителя импульсов дополнительно введены соединенные соответствующим образом усилитель-формирователь, одновибратор и fi ftsUtstety fs tg tjo t,,

Фиг. tl ti3ff-t.-tff;i,6 tr.7 ifg ija f

аз8

US2

us us

(

Фиг. 5